当地的核反应堆帮助科学家捕捉和研究中微子

　　芝加哥大学研究生马克·刘易斯观察德累斯顿二号反应堆安全壳旁的紧凑型探测器。来源：芝加哥大学
　　伊利诺伊州一家能源工厂的一个核反应堆正在帮助芝加哥大学的科学家们学习如何捕捉和理解微小的、难以捉摸的中微子粒子。
　　在位于伊利诺斯州莫里斯的星座（以前是Exelon）德累斯顿发电站，研究小组首次测量了中微子从一个核反应堆用一个小探测器。这些粒子极难捕捉，因为它们很少与物质发生相互作用，但动力反应堆是地球上为数不多的粒子浓度较高的地方之一。
　　领导这项研究的粒子物理学家胡安·克莱尔教授说：＂这是一个激动人心的机会，可以从反应堆产生的大量中微子中获益，但在反应堆旁边嘈杂的工业环境中也是一个挑战。＂。＂这是中微子物理学家最接近商业反应堆核心的一次。由于Constellation慷慨地配合我们的实验，我们获得了在这种条件下操作探测器的独特经验。＂
　　有了这些知识，这个小组正计划进行更多的测量，也许能够梳理出关于粒子和核相互作用的基本定律的问题的答案。
　　这项技术在防止核扩散方面也很有用，因为中微子可以告诉科学家反应堆核心发生了什么。探测器可以放置在反应堆旁边，作为一种安全措施，以监测反应堆是否用于能源生产或制造武器。
　　＂数量级＂
　　中微子有时被称为＂幽灵粒子＂，因为它们几乎可以无形地穿过所有物质。（今天在外太空其他地方的途中，已经有几十亿人在你的身体里急速移动而没有你的注意。）但如果你能抓住它们，它们就能告诉你它们来自哪里发生了什么，以及宇宙的基本性质。
　　特别是，科学家们想了解中微子行为的特定方面，它们是否具有电磁特性（例如，＂磁矩＂），以及它们是否与我们注意不到的未知粒子相互作用，还是以新的方式与已知粒子相互作用。对尽可能多的中微子进行广泛的测量有助于缩小这些可能性。
　　对许多中微子的需求吸引了科勒的团队前往核反应堆。＂商业反应堆是地球上最大的中微子来源，数量级，＂他说。在正常运行过程中，核反应堆每秒产生天文数字的中微子。当反应堆内的原子分裂成较轻的元素，并以中微子的形式释放出一些能量时，就会产生这种现象。
　　但是，有一个问题。由于中微子非常轻，而且相互作用非常少，科学家通常必须在一个巨大的容器里装满探测流体，然后寻找信号，表明一个经过的粒子在其中产生了许多已知的反应之一。
　　但商用核反应堆内没有放置多吨探测器的空间。研究人员需要更小的东西。幸运的是，科勒是制造这种装置的专家；他曾领导一个团队制造了世界上最小的中微子探测器。
　　幸运的是，伊利诺伊州是主要的核能州之一，该州一半的电力是由核反应堆产生的。Constellation授予了科勒公司在德累斯顿发电站测试探测器的许可，德累斯顿发电站是美国有史以来第一个商业核电站之一。
　　此前，科勒和他的团队在田纳西州橡树岭国家实验室的粒子加速器上测试了他们的微型探测器，在那里他们能够仔细控制大部分环境，以便获得良好的信号。但是为了让探测器在德累斯顿工作，他们必须建造一个新版本，以适应商业反应堆运行时噪音更大的环境。
　　科勒说：＂你会从涡轮机中得到辐射、热量、振动、泵和其他机械的射频噪音。＂。＂但我们成功地克服了我们遇到的所有挑战。＂
　　他们为探测器设计了一个复杂的多层屏蔽层，以保护探测器免受其他会污染数据的杂散粒子的影响。他们最终离开了探测器它可以在无人值守的情况下工作几个月，并一直在收集数据。
　　研究小组下一步希望在另一个位于Constellation＂sBraidwood发电站的反应堆或西班牙沿海的范德勒核电站获取数据。＂这种方法确实有助于我们理解中微子的性质，＂科勒说。＂很多理论知识可以从我们的数据中提取出来。＂
　　在这种嘈杂的环境中操作小型探测器的知识也有很高的需求。科勒说：＂核不扩散界有兴趣在反应堆旁边设置探测器，因为它们可以告诉你堆芯发生了什么，显示出任何偏离声明用途的情况。＂。
　　中微子的输出随燃料种类的不同而变化反应堆所以探测器应该能够监测武器生产的警告信号，或者燃料是否被秘密转移到其他地方。但要实现这一目标，这种探测器必须小巧、坚固、易于使用；科勒说，德累斯顿的工作有助于收集有价值的数据，使这种探测器成为可能。
　　中微子探测器可能还有许多其他用途。＂例如，一旦我们有了足够灵敏的中微子探测器，你就可以用它们来绘制地球内部的地图，甚至可以探测到石油或其他有用的沉积物，＂科勒说。＂按照这些思路已经做了很多思考，但仍在未来。＂
　　在进行设计时，克莱尔被提醒说，他在校园里的实验室延续了威拉德·利比（Willard Libby）教授在20世纪50年代发起的一系列工作，以发现如何使用碳年代测定来判断物体的年龄。
　　他说：＂这些先驱者必须想出我们今天仍在使用的技术，在大量的背景噪音中找到相对较小的信号。＂。＂认为我们的工作是当地悠久传统的一部分是值得的。伊利诺伊州是核能发电的特殊地区，原因类似。＂